Diskussion:Schwungradsynchronisation

PLL?

Was ist der Unterschied? – Rainald62 22:20, 15. Nov. 2010 (CET)

War damals nicht „in Mode“. Grundsätzlich hat ein Schwingkreis eine NF-Bandbreite, die bei der PLL im niederfrequenten Bereich nachgebildet werden kann. Aber: Warum sollte man mit Kanonen auf Spatzen schießen? Der spannungsgesteuerte Oszillator hätte schon für sich allein einen kaum zu vertretenden Aufwand von möglicherweise zwei Röhren bedeutet. Deshalb eine eher abwegige Vorstellung, aber dennoch aus heutiger Sicht eine berechtigte Frage. -- wefo 22:48, 15. Nov. 2010 (CET)

Sorry, ich war mal wieder zu knapp. Ich meinte nicht den Vergleich zwischen damaliger und heutiger Bauweise, sondern das Verhalten bzw. dessen systemtheoretische Beschreibung. Die Bezeichnung Schwungradsynchronisation deutet ja auf ein Prinzip, keine Bauweise. – Rainald62 23:10, 15. Nov. 2010 (CET)

Und ich zu langsam: Die Frage ist sogar noch interessanter: Wie wird das Problem eigentlich in heutigen Fernsehgeräten gelöst? -- wefo 23:13, 15. Nov. 2010 (CET)

Na, mit PLLs eben, siehe Phase-locked loop. – Rainald62 00:51, 16. Nov. 2010 (CET)

„Systemtheoretisch“ löst die Frage aus, ob der Oszillator „harmonisch“ schwingt, oder Kippschwingungen erzeugt, die ja eine geringere Stabilität haben. Es ist aber eher unwahrscheinlich, den Oszillator bei der Zeilenfrequenz laufen zu lassen. Wahrscheinlicher scheint mir eine höhere Frequenz mit Frequenzteiler. Dieser Teiler würde gegebenenfalls zurückgesetzt, um die Einlaufzeit zu vermindern.

Mit der Ansteuerung von Flachbildschirmen ist eine Diskretisierung verbunden, die ohnehin bei einer höheren Frequenz abläuft (typisch waren zu meiner Zeit 13,5 MHz). -- wefo 23:24, 15. Nov. 2010 (CET)

Natürlich schwingt er harmonisch resonant, denn eine Kippschwingung hätte kein 'Gedächtnis' für die Phasenlage in früheren Zyklen.

"höhere Frequenz mit Frequenzteiler" – ja, sonst wäre eine sehr genaue, störempfindliche Messung (Auskopplung) der Phase des Oszillators nötig. Dafür muss der mit höherer Frequenz schwingende Oszillator eine entsprechend höhere Güte haben, was aber leichter zu realisieren ist. – Rainald62 00:51, 16. Nov. 2010 (CET)

Nicht jede Regelschaltung für die Frequenz ist das, was wir unter PLL verstehen. Der SECAM-Modulator arbeitet als Multivibrator, also nicht in Resonanz. Er wird in der Austastlücke durch Klemmung nachgestimmt und hat dann sogar die „richtige“ Phase. Danach läuft er in gewissem Sinne frei, denn er wird während der aktiven Zeilendauer (und schon etwas davor) nur vom Farbdifferenzsignal gesteuert. Da fällt es mir (wegen der Güte) schwer, von PLL zu sprechen. Für die Diskretisierung eines Analogsignals genügt die Einhaltung der Toleranz für die Frequenz, die Phase muss nicht „stimmen“. Es genügt also eine „normale“ Frequenzregelschaltung, also ohne Phase, aber die Frequenz soll nach dem Einlaufen (geht wegen der hohen Frequenz sehr schnell) zur „Mutterfrequenz“ der Signalquelle „passen“. -- wefo 01:18, 16. Nov. 2010 (CET)

Ich muss etwas erklären: Es ist wie eigentlich immer; schon die aktuelle Definition zu Beginn des Artikels ruft meinen Widerspruch hervor. So ist mir völlig entgangen, dass ich der Erstersteller des Artikels bin. Ich hatte das völlig vergessen bzw. verdrängt.

Nun zur Definition. Ich verweise auf den zuletzt von mir geschaffenen Stand des Artikels vom 12.5.2008. Dort heißt es: „Die Schwungradsynchronisation ist ein Verfahren, mit dem im Fernsehempfänger die horizontale Lage der einzelnen Fernsehzeilen zueinander stabilisiert wird.“ Danach habe ich weder die zum Teil sogar sehr sinnvollen Veränderungen wahrgenommen noch an der Verbesserung des Artikels gearbeitet. Die „Freundlichkeit“ einiger Wikipedianer war mir Anlass zum Ausstieg (vgl. Benutzer:Wefo).

Den technischen Zusammenhang habe ich kürzlich unter Benutzer:Wefo/Kippschwingung#Ablenkschaltung bei Fernsehgeräten dargestellt. Wenn ich den Artikel heute schreiben würde, dann würde ich eine der angegebenen, zeitnahen Literaturstellen wörtlich zitieren. (Und dann käme anschließend einer, der dieses Zitat löscht, weil es in der de:WP „nicht üblich“ ist. Hier besteht ein Unterschied zur englischen WP.) Ich würde darüber hinaus die Definition allgemeiner fassen und insoweit das Zitat aus der Literaturstelle kritisch weiterentwickeln. Und ich würde an einem Beispiel erläutern, wie ein gestandener Entwickler mit einem Schaltungskonzept ohne Schwungrad gescheitert ist. Und – natürlich – käme dann ein Weiterer daher, der das „Geschwafel“ bzw. die „Theoriefindung“ beanstandet und löscht. Gleichwohl habe ich den Eindruck, dass sich die obige Frage erübrigen könnte, wenn diese Zusammenhänge detaillierter dargestellt wären. -- wefo 09:24, 16. Nov. 2010 (CET)

Den Eindruck teile ich nicht. Meine These ist, dass 'Schwungradsynchronisation' bloß eine andere Bezeichnung des PLL-Prinzips ist. In PLL#Geschichte heißt es: "Bereits [s.u.] Anfang der 1950er Jahre wurden Phasenregelkreise zur Horizontalsynchronisation von Fernsehgeräten verwendet …". Der mechanische Anklang der Bezeichnung ist nicht bloß eine schön gewählte Analogie, sondern die Synchronisation von mechanischen Uhren nach diesem Prinzip ist wohl älter als die der elektronischen Schwingkreise, siehe en:Shortt-Synchronome_clock.

Zum wörtlichen Zitieren 'zeitnaher Literaturstellen': Es bestehen prinzipiell zwei Probleme der 'willkürlich' Auswahl durch den WP-Autor: NPOV ist nicht gesichert und 'zeitnah' auch nicht, siehe oben. Es gibt natürlich Fälle, in denen historische Veröffentlichungen und sogar einzelne Passagen daraus berühmt sind und in der aktuellen Literatur zitiert werden, sodass die Auswahl nicht willkürlich wäre. Das ist aber hier nicht gegeben. Reicht es dir vielleicht, deine wörtlichen Zitate auf der Diskussionsseite unterzubringen?

Gruß – Rainald62 23:46, 16. Nov. 2010 (CET)

Fakt ist auch bei dem interessanten Link, dass das Pendel eine Kippschwingung ausführt (Anstoß wohl jede Minute), die wegen der extremen Reduzierung der Verluste nur noch minimalen Einfluss hat.

Du nötigst mich doch tatsächlich, fast erstmalig einen Blick in das Buch „Fachkunde für Funkmechaniker, Teil Fernsehen, 1967“ zu werfen. Und dabei habe ich den Ausdruck „Taktsynchronisation“ gelernt. Dieser Ausdruck lenkt mich derartig ab, dass ich mich im Augenblick nicht erinnern kann, welche Bezeichnung ich dafür verwendet habe. Die nächste genannte Variante ist die „Synchronisation durch Frequenzregelung“ mit dem Satz: „Der Horizontalgenerator verhält sich wie ein Schwungrad.“ Dieses Prinzip wird recht umfangreich erläutert, und es wird auch der Phasenvergleich beschrieben. Die Bezeichnung PLL kommt in dem Buch nicht vor. Erwähnt wird das „RC-Glied mit relativ großer Zeitkonstante“ Das nächste Kapitel heißt dann „Automatische Nachregelung der Horizontalfrequenz (Zeilenfangautomatik)“: „Das Grundprinzip ... beruht darauf, dass zusätzlich zu der Erzeugung einer Regelspannung aus dem Phasenvergleich ... eine Regelspannung von einem Frequenzdiskriminator erzeugt wird.“ Weder die Abkürzung AFC noch PLL werden genannt.

Historisch ist das Schwungrad etwas älter, denn die Nipkow-Scheibe wurde ganz einfach gebremst, bis sie synchron lief. Mit ihrem Antrieb hängt es zusammen, dass die Bildfrequenz entsprechend der Netzfrequenz festgelegt wurde. -- wefo 01:18, 17. Nov. 2010 (CET)

Dass "PLL" nicht erwähnt wird, spricht nicht gegen meine These. Falls es keinen prinzipiellen Unterschied gibt (und deine Erwähnung von Phasenvergleich bestärkt mich darin), dann bezeichnen beide denselben Begriff und getrennte Artikel wären unangemessen.

Dass eine neuzeitliche nach Erfindung der Unruh mechanische Uhr Kippschwingungen ausführt, ist absurd. Die Hauptaufgabe der mit der Unruh interagierenden Konstruktion ist, den Lauf des Getriebes zwischen Energiespeicher und Zeigern zu hemmen, daher ihr Name und dazu der Eingriff bei jeder halben Schwingungsperiode. Die andere Aufgabe, die Entdämpfung der Schwingung würde eine weit schwächere Kopplung mit der Unruh erlauben, zugunsten höherer Güte und damit Frequenzstabilität: beim Shortt-Synchronome alle 30 s (15 Schwingungsperioden). Die Energiezufuhr muss auch nicht in Paketen, sondern kann bei entsprechend schwächerer Kopplung, z.B. elektrostatisch, kontinuierlich erfolgen. Bei historischen Uhren war das anders: Das Foliot wurde hin und her getrieben, eine Kippschwingung.

Das Wesen der Kippschwingung ist, wie Du selbst schreibst und zitierst, dass bei der Kippschwingung in jedem Zyklus die gespeicherte Energie freigesetzt wird. Die echte Schwingung hat dagegen ein um so längeres Gedächtnis, je schwächer die Dämpfung ist, und im Fall der harmonischen Schwingung eine charakteristische Eigenfrequenz. Dazu noch ein paar Gedanken:

• Anharmonische Schwingungen, wie die eines Pendels mit festem Drehpunkt, verändern i.A. ihre Frequenz mit der Amplitude, also mit der Intensität des Antriebs. Das gilt gleichermaßen für Kippschwinger.
• Das Schwungrad – Danke für die Nipkow-Scheibe – hat mit dem schwach gedämpften Oszillator gemeinsam, dass der Energieinhalt mehrere bis viele Perioden erhalten bleibt. Der eklatante Unterschied ist, dass es keine Eigenfrequenz aufweist. Es eignet sich also eher als Frequenzspeicher denn als Phasenspeicher. Hast Du einen Tipp für mich, das schaltungstechnisch auszunutzen? Ich habe ein Signal aus zahlreichen Bursts gleicher (langsam veränderlicher) Frequenz, aber statistisch verteilter Amplitude. Die Frequenz will ich verfolgen, ohne dass die Phasensprünge mich stören.

Gruß – Rainald62 00:04, 18. Nov. 2010 (CET)

Ich freue mich, von Dir zu lesen. Meine Beschäftigung mit Uhren war vor mehr als 30 Jahren nach heutigen Begriffen extrem modern: Ich hatte eine Quarzuhr mit binärer Anzeige[[1]], die von meiner Frau sehr belästert wurde. Diese Anzeige war auch nicht als Gag gedacht, sondern dem fehlenden Willen geschuldet, 7-Segment-Anzeigen zu besorgen. Dieser Hintergrund ist mir anlässlich einer aktuellen Werbung wieder eingefallen. Diese Quarzuhr war zugleich die Mutteruhr für drei elektrische Wecker. Und die waren nicht so, wie ich mich zunächst zu erinnern glaubte, mit einem aufzuziehenden Federwerk. Ich weiß nicht, warum mir dieses so bildhaft vor dem geistigen Auge erscheint. Diese (sowjetischen) Wecker hatten an der Unruh einen Magneten für die Auslösung des Sperrschwingers und zugleich für den Antrieb. An der Achse der Unruh war eine Spirale, die das Räderwerk antrieb. Den Sperrschwinger synchronisierte ich mit Impulsen von der Quarzuhr. Ich sollte einen suchen, demontieren und fotografieren.

Was Du mit „neuzeitlich“ meinst, ist mir unklar. Nimm das Foliot (ich hab's kopiert, weil ich den Ausdruck natürlich schon wieder vergessen habe). Da hat das Gangrad nur Sägezähne und drückt das Foliot hin und her: Die Energie, die dem Foliot zugeführt wird, wird über den anderen Hebel wieder abgebaut und in der anderen Richtung aufgebaut. Es gibt keinen Energieübertrag zur nächsten „Schwingung“.

Das Gangrad bei der Unruh hat eine andere Form. Die Stifte müssen an senkrechten Kanten entlang gleiten, die keinen Antrieb bewirken. Deshalb muss so eine Uhr „angeworfen“ werden (schade dass mir auch hier der Ausdruck nicht einfällt). Die Schräge oben am Zahn treibt die Gabel an und über diese die nur zeitweilig mit der Gabel gekoppelte Unruh. Ohne diese Stöße bliebe die Uhr stehen. Das Foliot ist eine Art Kippschaltung; die Unruh wird aber eben auch über eine Kippschaltung angetrieben. Ich kann verstehen, dass Dir das schwerfällt, anzuerkennen. Fakt ist, dass das Räderwerk nur eine Art Zählschaltung ist, die, wenn ich mich recht erinnere, fünf Impulse pro Sekunde zählen muss. Beim Pendel sind es in der Regel weniger. Diese Art war also eigentlich schon immer „digital“, nur die Anzeige ist analog. Bei manchen Bahnhofsuhren kannst Du sehen, dass die Sekundenanzeige schneller als die Zeit läuft und an der 12 angehalten wird, bis der nächste Minutenimpuls kommt. Eigentlich ein Betrug.

Spätestens 1954 habe ich einen defekten Wecker demontiert, die Teile in ein Taschentuch (damals noch aus Stoff) getan und mit meiner Oma zum Uhrmacher gebracht, der meine Diagnose bestätigte. Es war auch noch alles da.

Dein Problem ähnelt dem PAL- bzw. NTSC-Problem. Dort sind die „Bursts“ übrigens auch Stöße, die den Quarz erregen. Auch das sind also eigentlich Kippschwingungen, die Phasenabweichung wird zur rechten Seite des Bildes größer. Für SECAM hätte die Genauigkeit 10^-4 gereicht, nur wegen der Austauschbarkeit von Programmen wurde der Wert 10^-6 von PAL übernommen. Den Wert von NTSC kann ich nur vermuten, weil NTSC für mich fast keine Rolle spielte. Bei SECAM läuft die Frequenz nach rechts natürlich auch weg, was sich als Abweichung beim Nullwert der Farbdifferenzsignale auswirkt. Eine sehr interessante Lösung, die ohne den Quarz auskommt, ist das so genannte Neu-PAL. Hier kann man schon eher von PLL sprechen, weil hier ein normaler Schwingkreis weit geringere Zeiten überbrücken muss (der Fachmann kann aber die völlige Abwesenheit des Farbsignals im linken Teil des Bildes nicht ausschließen und hat in solchen Fällen Sorgen). Wenn Du meinen Rat brauchst, brauche ich konkretere Angaben. Gruß -- wefo 01:27, 18. Nov. 2010 (CET)

Noch ein „Hint“ (ich hasse Anglizismen): Das Modell mit der Schale und dem Wasser erreicht bei hinreichend starkem Zufluss die Ruhelage nicht. Die Schale schwingt dann ggf. auch und moduliert den Wasserstrahl. Die Unruh bzw. das Pendel haben einfach keine Zeit, den Ruhezustand zu erreichen. -- wefo 01:48, 18. Nov. 2010 (CET)

Die Aufgabe der Spirale der Unruh ist nicht, das Räderwerk anzutreiben, sondern der Unruh das Schwingen zu ermöglichen. Ohne diese Feder hieße das Ding 'Unrast', siehe Foliot, und würde lediglich Kippschwingungen ausführen. Aber nicht alles, wo etwas kippt, ist ein Kippschwinger. Der Antrieb der Unruh schwingt nicht, sondern die Unruh schwingt – auch antriebslos noch eine Weile, das Pendel der Shortt-Uhr mehrere Wochen. – Rainald62 09:44, 18. Nov. 2010 (CET)

Ich dachte, ich hätte den Sachverhalt hinlänglich beschrieben.

Bei einem „normalen“ Wecker treibt die Aufziehfeder über das Räderwerk die Unruh an (ständige Energiezufuhr, ohne diesen Antrieb bleibt die Uhr irgendwann stehen).

Die Art dieses Antriebs sind Stöße, die mit Hilfe des schrägen, oft leicht gebogenen Verlaufs an der Oberseite der Zähne des Gangrades ausgeführt werden.

Wenn die Schwingungsweite der Unruh nicht ausreicht, um den Anker (endlich ist er mir eingefallen) über die vordere Kante der Zähne zu heben (ein erster Schwellwert), dann gibt es keinen Antrieb, das Zählwerk der Uhr bleibt stehen, die Unruh schwingt nach und bleibt dann auch stehen. Weil die Reibung bewusst klein gehalten wird, fällt es uns schwer, dabei an die Haftreibung zu denken. Dies ist ein Schwellwert, der nur überschritten werden kann, solange die potentielle Energie des Unruhsystems, also die Spannung der kleinen Feder, zur Überwindung ausreicht. (Gedämpfte) Schwingungen mit einer Amplitude unterhalb des durch den Schwellwert des Gangrades gegebenen Schwellwert werden vom Zählwerk nicht wahrgenommen.

Die hintere Höhe des „schrägen, oft leicht gebogenen Verlaufs an der Oberseite der Zähne des Gangrades“ entspicht einem weiteren Schwellwert. Bis zu dieser Auslenkung des Ankers wird die Unruh beschleunigt.

Der vordere Schwellwert kann über den Anker auf eine Mindestschwingungsweite der Unruh abgebildet werden. Der hintere Schwellwert bestimmt die tatsächliche Schwingungsweite. Die Verluste des schwingenden Systems „Unruh“ führen dazu, dass die Schwingungsweite bei jeder (Halb-)Schwingung etwas unterhalb des hinteren Schwellwertes liegt und auf einen Wert darüber angehoben wird. Je geringer die Reibungsverluste (auch Luftreibung) sind, desto kleiner der Hub, desto kleiner also auch der Anteil der Kippschwingung an der gesamten Schwingungsdauer.

Bei der von mir beschriebenen, elektromechanischen Variante erfolgt der Antrieb der Unruh über das magnetische Feld der Spule eines Sperrschwingers. Tatsächlich treibt hier das schwingende System „Unruh“ das Zählwerk an. Durch anzufertigende Bilder ist das belegbar. Aber ich kann nicht glauben, dass jemand bezweifelt, dass ein Sperrschwinger Kippschwingungen vollführt. -- wefo 13:31, 18. Nov. 2010 (CET)

Zwei Bilder als Beleg:

Werk mit Antrieb durch Sperrschwinger

Zifferblatt zum Werk mit Antrieb durch Sperrschwinger

-- wefo 01:30, 19. Nov. 2010 (CET)

Die Uhr, die im Elternhaus seit 40 Jahren in der Diele hängt, arbeitet ebenso. Die Frequenz wird dabei aber nicht durch den Sperrschwinger definiert, sondern durch die Unruh. Die Aufgabe des Sperrschwingers ist dabei lediglich, die Dauer des Stromverbrauchs pro Periode extrem kurz zu halten. Deshalb kommt die Uhr mehrere Jahre mit einer Mignonzelle aus. – Rainald62 22:22, 19. Nov. 2010 (CET)

Ein wesentliches Missverständnis provoziert der Artikel Kippschwingung, denn Kippschwingungen sind eben gerade nicht zwingend „periodisch“, sondern ggf. zyklisch. Die Unterscheidung von Periodizität und Periodizität (Mathematik) ist zutiefst unbefriedigend. Wenn eine (praktisch) periodische Schwingung ausgeführt wird, dann handelt es sich aus technischer Sicht immer um eine gedämpfte Schwingung, die dadurch aufrechterhalten wird, dass diese Schwingung eine Kippschwingung auslöst, die somit eine eigentlich zyklische Energiezufuhr bewirkt, die natürlich wegen der Filterung durch das schwingende System periodisch angestoßen wird. So funktionieren auch die Panflöte, die Orgel und auch die Geige. -- wefo 07:21, 6. Nov. 2011 (CET)